JPS63117672A - 超音波モ−タ駆動法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は圧電体を用いて駆動力を発生する超音波モータ
の駆動法に関する。

従来の技術 近年圧電セラミック等の圧電体を用いた駆動体に弾性振
動を励振し、これを駆動力とした超音波モータが注目さ
れている。

以下、図面を参照しながら超音波モータの従来技術につ
いて説明を行う。

第３図は従来の超音波モータの斜視図であり、円環形の
弾性体８の円環面の一方に、圧電体として円環形圧電セ
ラミック７を貼合せて圧電駆動体９を構成している。１
０は耐磨耗性材料のスライダ、１１は弾性体であり、互
いに貼合されて移動体１２を構成している。移動体１２
は、スライダ１０を介して駆動体９と加圧接触している
。圧電セラミック７に電界を印加すると、駆動体９の周
方向に曲げ振動の進行波が励起され、移動体１２を駆動
する。尚、同図中の矢印は移動体１２の回転方向を示す
。

第４図は、第３図の超音波モータに使用した圧電セラミ
ック７の電極構造の一例を示している。

同図では円周方向に９波長の弾性波がのるようにしであ
る。同図において、ＡＸＢはそれぞれ２分の１波長相当
の小領域から成る電極群で、Ｃは４分の３波長、Ｄは４
分の１波長の長さの電極である。従って、Ａの電極群と
Ｂの電極群とは位置的に４分の１波長（＝９０度）の位
相ずれがある。

電極群Ａ、Ｂ内の隣り合う小電極部は互いに反対に厚み
方向に分極されている。圧電セラミック７の弾性体８と
の接着面は第４図に示めされた面と反対の面であり、電
極はベタ電極である。使用時には電極群Ａ１Ｂは第４図
に斜線で示されたように、それぞれ短絡して用いられる
。

以上のように構成された超音波モータについて、その動
作を以下に説明する。上記圧電セラミック７の電極群Ａ
に Ｖ−Ｖ工ｘｓｉｎ（ωｔ）　　　　　　　　　−−−（
１）で表される電圧を印加すると（ただしｖｌは電圧の
瞬時値、ωは角周波数、ｔは時間）、駆動体９は円周方
向に曲げ振動をする。

第５図は第３図の超音波モータの駆動体を直線近似した
時の斜視図であり、同図（ａ）は圧電セラミック７に電
圧を印加していない時、同図（ｂ）は圧電セラミック７
に電圧を印加した時の様子を示す。

第６図は移動体１２と駆動体９の接触状況を拡大して描
いたものである。上記圧電セラミック７の電極群ＡにＶ
ｌ　ｘｓｉｎ（ωｔ）、他の電極群Ｂにｖｔｘｃｏｓ（
ωｔ）の互いに時間的に位相がπ／２だけずれた電圧を
印加すれば、駆動体９の円周方向に曲げ振動の進行波を
作ることができる。一般に進行波は振幅をξとすれば ξ−ξ１　ｘｃｏｓ（ωｔ−ｋｘ）　　　　　　　−−
（２）ただし　ξ１　＝波の大きさの瞬時値 ｋ　：波数（２π／λ） λ：波長 Ｘ　：位置 で表せる。（２）式は ξ口ξ１　ｘ（ｃｏｓ（ｃｃ＞ｔ）ｘｃｏｓ（ｋｘ）＋
５ｉｎ（ωｔ）ｘｓｉｎ（ｋｘ））　　　−−−（３）
と書き直せ、（３）式は進行波が時間的にπ／２だけ位
相のずれた波ｃｏｓ（ωｔ）と５ｉｎ（ωｔ〉、および
位置的にπ／２だけ位相のずれたｃｏｓ（ｋｘ）と５ｉ
ｎ（ｋＸ）との、それぞれの積の和で得られることを示
している。前述の説明より、圧電セラミック７は互いに
位置的にπ／２（＝λ／４）だけ位相のずれた電極群Ａ
、Ｂを持っているので、駆動体９の共振周波数に近傍の
周波数出力を持つ発振器の出力から、それぞれに時間的
に位相のπ／２だけずれた交流電圧を作り、上記電極群
に印加すれば駆動体９に曲げ振動の進行波を作れる。

また、第６図は進行波の励起によって、駆動体９の表面
の質点Ａが長軸２Ｗ、短軸２ｕの楕円運動をしている様
子を示し、駆動体９上に置かれた移動体１２が楕円の頂
点で接触することにより、波の進行方向とは逆方向にＶ
−ω×ｕの速度で運動する様子を示している。即ち、移
動体１２は任意の静圧で駆動体９に押し付けられて、駆
動体９の表面に接触し、移動体１２と駆動体９との摩擦
力で波の進行方向と逆方向に速度Ｖで駆動される。両者
の間にすべりがある時は、速度が上記のＶよりも小さく
なる。

尚、上記の速度Ｖは、駆動体９の曲げ振動の瞬時値ξ１
に比例し、曲げ振動の瞬時値ξ工は駆動体９に流れる電
流値に比例するため、小さな電圧で大きな電流が得られ
る駆動体９の共振周波数で駆動すれば、大きな速度が得
られる。

発明が解決しようとする問題点 しかし、駆動体９は起動時と定常動作時とではその共振
周波数が異なるために、従来の駆動法のように、駆動体
９の振動が定常状態に達した時の、駆動体９の共振周波
数近傍の一定周波数の駆動信号を起動時から印加したの
では、該振動が定常状態に達するまでの各時間において
は、最適な駆動はできない。従って、該駆動体の振動が
定常状態に達するまでに時間がかかり、超音波モータの
起動が遅く、また効率が悪いという欠点がある。

本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、起動特性の
良い超音波モータを提供することを目的としている。

問題点を解決するための手段 駆動体の起動から、該駆動体の振動が定常状態に達する
までの各時間において、印加する交流電圧の周波数を変
化させていくことにより、常に最適周波数で駆動体を駆
動する。

作　　用 駆動体の起動時から、常に最適周波数で駆動体を駆動す
ることにより、効率良く弾性進行波を駒撮し、該駆動体
の撮動が定常状態に達するまでに要する時間を短くする
ことにより、超音波モータの起動を早＜シ、効率を向上
する。

実施例 以下、実施例を示す 第１図は本発明の一実施例である超音波モータ駆動回路
のブロック図である。超音波モータの起動信号を発する
起動制御部１は、外部からの信号により発振周波数を変
化させることができる可変発振器２、および起動制御部
１からの信号により可変発振器２の周波数を制御する周
波数制御部３に接続されている。可変発振器２の出力側
は、−方で９０度移相器４を介して電力増幅器Ａ５に、
他方で電力増幅器Ｂ６に接続されている。電力増幅器Ａ
５及び電力増幅器Ｂ６の出力は、超音波モータの駆動体
を構成する圧電セラミック７に印加される。第２図は、
第１図に於ける各信号Ｓ１％Ｓ２　、Ｓｓのタイミング
図である。

第１図に於いて、起動制御部１から第２図に示した駆動
信号Ｓ１が、上記周波数制御部３に発せられると、該周
波数制御部３から、第２図に示した信号Ｓ２が発せられ
る。次に、上記可変発振器２の発振制御端子ＴＩに上記
信号Ｓ１及び、該可変発振器２の周波数制御端子Ｔ２に
上記信号Ｓ２が、それぞれ印加されると、該可変発振器
２からは、第３図に示した信号Ｓ３が発せられる。ここ
で、上記信号Ｓｌは２分割され、一方は上記９０度移相
器４を通り、上記電力増幅器Ａ５によ′って、上記超音
波モータを駆動する電圧に昇圧される。他方、該信号Ｓ
３は上記電力増幅器Ｂ６によって、上記電圧に昇圧され
る。以上のような超音波モータの駆動制御法により、該
駆動体の振動が定常状態に達するまでの時間が短くなる
ため、超音波モータの起動が早（なり、効率良（駆動す
ることができる。

発明の効果 本発明によれば、起動が早く、効率良（安定な動作をす
る超音波モータを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における超音波モータ駆動法
を用いた駆動回路のブロック図、第２図は第１図の実施
例に於ける各信号のタイミングを示す波形図、第３図は
従来の超音波モータの斜視図、第４図は第３図に用いら
れている圧電セラミックの形状及び、電極構造を示す平
面図、第５図は超音波モータの駆動体部の振動状態を示
すモデル図、第６図は超音波モータの原理の説明図であ
る。 １・・・・起動制御部、　２・・・・可変発振器、　３
・・・・周波数制御部、　４・・・・９０度移相器、　
５・・・・電力増幅器Ａ１６・・・・電力増幅器Ｂ１７
・・・・圧電セラミック、　８・・・・弾性体、　９・
・・・圧電駆動体、　１０・・・・スライダ、　１１・
・・・弾性体、　１２・・・・移動体。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第２図 第３図 第４図　　Ａ 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 弾性体と圧電体とから成る駆動体に交流電圧を印加する
   ことにより弾性進行波を励振し、上記駆動体上に接触し
   て設置された移動体を移動させる超音波モータの駆動法
   において、起動時に周波数の変化する交流電圧を印加す
   ることにより常に最適周波数で駆動体を駆動することを
   特徴とする超音波モータ駆動法。